CN111729611A - 一种朗肯循环冷源损失热化学回收利用系统 - Google Patents

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张一帆
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Abstract

一种朗肯循环冷源损失热化学回收利用系统，通过将朗肯循环排出的低温低压蒸汽直接作为反应物，利用CaO+H2O＝Ca(OH)2热化学可逆反应在低压反应储罐进行水合放热反应，提高反应体系的整体温度，传递一定的中温热量给朗肯循环，同时利用朗肯循环高温段的热源，加热高压反应储罐进行脱水反应，提高反应体系的整体温度和水蒸汽压力，高温水蒸汽排出高压储罐，将高温热量传递给朗肯循环，并在传热过程中完成凝结过程，经冷却后以液态水的形式流回凝汽器。该系统利用可逆热化学反应的化学热泵效应，实现朗肯循环冷源损失的部分回收，提高凝汽式火力发电机组的整体热效率，降低了机组循环水系统的功耗，提高机组的整体经济性，且无需外部热源与热用户，应用范围广泛。

Description

一种朗肯循环冷源损失热化学回收利用系统
技术领域
本发明涉及朗肯循环技术领域，特别涉及一种朗肯循环冷源损失热化学回收利用系统。
背景技术
朗肯循环是一种应用最为广泛的蒸汽热动力循环，凝汽式火力发电机组就是采用朗肯循环实现热功转换提供电力的。在朗肯循环火力发电中，蒸汽在汽轮机中充分做功后，必须排入凝汽器，通过冷却水或环境空气冷凝为液态水，才能实现完整的循环过程，而冷凝过程中释放的大量潜热作为冷源损失排入环境，冷源损失可占到机组总吸热量的50％-60％。由于冷凝热输于低品位能源，难以回收利用，目前一般通过低真空背压机组或改造热泵方式供热回收，但大规模的供热需要稳定的热用户，极大地限制了冷源损失回收的可实现性。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种朗肯循环冷源损失热化学回收利用系统，利用气-固可逆热化学反应将朗肯循环中部分或全部冷凝的水蒸汽在低压下进行水合化学反应，在高压下进行脱水反应并提高温度与压力，回收并利用冷凝热量的应用系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种朗肯循环冷源损失热化学回收利用系统，包括高压反应储罐1和低压反应储罐2，所述高压反应储罐1和低压反应储罐2结构相同，所述反应储罐上设置有换热管束4，反应储罐内部为CaO/Ca(OH)2反应物料6，换热管束4浸埋在CaO/Ca(OH)2反应物料6中，高压反应储罐1的换热管束4与朗肯循环的高温蒸汽管道相通，高压反应储罐1上设置有反应汽管道5，所述反应汽管道5将高压反应储罐1与朗肯循环中的凝汽器相通，低压反应储罐2上设置有低压蒸汽管道3，所述低压蒸汽管道3与朗肯循环中汽轮机低压缸排汽管道相通。
所述的高压反应储罐1和低压反应储罐2之间通过切换系统阀门和管路实现相互工作模式的切换。
所述的反应汽管道5末端设置有冷却器7，所述冷却器7位于凝汽器之前。
所述高压反应储罐1、低压反应储罐2既作为反应物料的存储容器，又作为化学反应器，反应物料无需输送。
所述换热管束4与CaO/Ca(OH)2反应物料6充分接触，换热管束4通过内部流动的水或蒸汽与CaO/Ca(OH)2反应物料6进行换热，且相互隔离，与朗肯循环进行质、热交换。
本发明的有益效果：
该系统具有高、低压两个反应储罐，通过将朗肯循环排出的低温低压蒸汽直接作为反应物，利用CaO+H2O＝Ca(OH)2热化学可逆反应体系在低压反应储罐中与CaO进行水合放热反应生成Ca(OH)2，提高反应体系的整体温度，传递一定的中温热量给朗肯循环，再利用朗肯循环高温段的热源，加热高压反应储罐中的Ca(OH)2进行脱水反应生成CaO和水蒸汽，同时提高反应体系的整体温度和水蒸汽压力，高温水蒸汽排出高压储罐，将高温热量传递给朗肯循环，并在传热过程中完成凝结过程，经冷却后以液态水的形式流回凝汽器。高、低压储罐同时运行，当反应储罐中的反应物料完全反应时，切换高、低压反应储罐的运行模式，各自以相反的化学反应方向运行，以实现系统连续运行。
本发明利用可逆热化学反应的化学热泵效应，通过吸收一部分高温热能将低温低压的汽轮机排汽转换为具有一定压力的高温蒸汽，将热量传递回朗肯循环中并凝结，释放凝结热，以液态水经冷却后回到凝汽器，最终实现朗肯循环冷源损失的部分回收，提高凝汽式火力发电机组的整体热效率，降低了机组循环水系统的功耗，提高机组的整体经济性，且无需外部热源与热用户，应用范围广泛。
附图说明
图1为本发明的系统构成示意图。
其中，1为高压反应储罐、2为低压反应储罐、3为低压蒸汽管道、4为换热管束、5为反应汽管道、6为CaO/Ca(OH)2反应物料，7为冷却器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
参考图1，本发明所述朗肯循环冷源损失热化学回收利用系统由高压反应储罐1、低压反应储罐2、低压蒸汽管道3、换热管束4、反应汽管道5、CaO/Ca(OH)2反应物料6和冷却器7组成，图中下半部分为常规火力发电机组朗肯循环汽水流程示意图，图中部的虚线代表朗肯循环冷源损失热化学回收利用系统与常规朗肯循环之间的质量与能量交换界面。
所述朗肯循环冷源损失热化学回收利用系统，高压反应储罐1、低压反应储罐2具有相同的结构，在运行时高压反应储罐1工作在高的水蒸汽压力下，低压反应储罐2工作在低的水蒸汽压力下。
所述高压反应储罐1和低压反应储罐2中填有CaO/Ca(OH)2反应物料6，反应物料为Ca(OH)2和CaO粉末或颗粒，所述高压反应储罐1、低压反应储罐2既作为反应物料的存储容器，又作为化学反应器，反应物料无需输送。
所述反应储罐具有换热管束4，所述换热管束4浸埋在固体CaO/Ca(OH)2反应物料6中，与CaO/Ca(OH)2反应物料6充分接触，换热管束4通过内部流动的水或蒸汽与CaO/Ca(OH)2反应物料6进行换热，且相互隔离，与朗肯循环进行质、热交换。
所述高压反应储罐1和低压反应储罐2中具有换热管束，换热管束通过内部流动的水或蒸汽与反应物料进行换热，且相互隔离，其作用是实现反应储罐与朗肯循环之间的质量和能量交换。
所述高压反应储罐1和低压反应储罐2同时运行，高压反应储罐1的换热管束4与朗肯循环的高温蒸汽管道相通，高压反应储罐1的反应汽管道5将高压反应储罐物料空间与朗肯循环中的凝汽器相通，低压反应储罐2的低压蒸汽管道3与朗肯循环中汽轮机低压缸排汽管道相通，反应汽管道3，将反应储罐物料空间与朗肯循环凝汽器相连通，将脱水反应产生的高温水蒸汽热量传递给朗肯循环，在高于凝汽器压力的状态下凝结为液态水。高压反应储罐1在高温下吸热，发生Ca(OH)2脱水反应，生成CaO与高温水蒸汽，低压反应储罐2吸收低温低压汽轮机排汽，发生CaO水合反应，放出热量，当高、低压反应储罐内的反应物料完全反应完成后，通过切换系统阀门和管路实现高、低压反应储罐工作模式的切换，以相反的方向进行化学反应，实现系统的连续运行。
所述冷却器，其特征在于所述冷却器7位于反应汽管道5末端，将已凝结的液态水进一步降低温度，排入朗肯循环凝汽器，热量排入环境中。
本发明的具体工作过程为：
将朗肯循环排出的低温低压蒸汽通过低压蒸汽管道3排入低压反应储罐2，利用CaO+H2O＝Ca(OH)2热化学可逆反应体系在低压反应储罐2中与CaO进行水合放热反应生成Ca(OH)2，提高反应体系的整体温度，通过换热管束4对一部分朗肯循环的低温工质进行换热；同时利用朗肯循环高温段的蒸汽，通过高压反应储罐1的换热管束4加热高压反应储罐1中的Ca(OH)2进行脱水反应生成CaO和水蒸汽，提高反应体系的整体温度和水蒸汽压力，高温水蒸汽排出高压反应储罐1，将高温热量传递给朗肯循环，并在传热过程中完成凝结过程，经冷却器7充分冷却后以液态水的形式流回凝汽器。高压反应储罐1、低压反应储罐2同时运行，当反应储罐中的反应物料完全反应时，切换高、低压反应储罐的运行模式，各自以相反的化学反应方向运行，实现系统连续运行。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种朗肯循环冷源损失热化学回收利用系统，其特征在于，包括高压反应储罐(1)和低压反应储罐(2)，所述高压反应储罐(1)和低压反应储罐(2)结构相同，所述反应储罐上设置有换热管束(4)，反应储罐内部为CaO/Ca(OH)2反应物料(6)，换热管束(4)浸埋在CaO/Ca(OH)2反应物料(6)中，高压反应储罐(1)的换热管束(4)与朗肯循环的高温蒸汽管道相通，高压反应储罐(1)上设置有反应汽管道(5)，所述反应汽管道(5)将高压反应储罐(1)与朗肯循环中的凝汽器相通，低压反应储罐(2)上设置有低压蒸汽管道(3)，所述低压蒸汽管道(3)与朗肯循环中汽轮机低压缸排汽管道相通。
2.根据权利要求1所述的一种朗肯循环冷源损失热化学回收利用系统，其特征在于，所述高压反应储罐(1)和低压反应储罐(2)之间通过切换系统阀门和管路实现相互工作模式的切换。
3.根据权利要求1所述的一种朗肯循环冷源损失热化学回收利用系统，其特征在于，所述反应汽管道(5)末端设置有冷却器(7)，所述冷却器(7)位于凝汽器之前。
4.根据权利要求1所述的一种朗肯循环冷源损失热化学回收利用系统，其特征在于，所述高压反应储罐(1)、低压反应储罐(2)既作为反应物料的存储容器，又作为化学反应器，反应物料无需输送。
5.根据权利要求1所述的一种朗肯循环冷源损失热化学回收利用系统，其特征在于，所述换热管束(4)与CaO/Ca(OH)2反应物料(6)充分接触，换热管束(4)通过内部流动的水或蒸汽与CaO/Ca(OH)2反应物料(6)进行换热，且相互隔离，与朗肯循环进行质、热交换。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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